2 - Eficiencia en Calderas

8/15/2019 2 - Eficiencia en Calderas

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REDUCCIÓN DEFACTURACIÓN DECOMBUSTIBLESFÓSILES ATRAVES DEL USORACIONAL DE LA

ENERGÍA


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EFICIENCIA EN

CALDERAS

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La Eficiencia de Combustión seexpresa como el 100% menos laspérdidas por gases secos dechimenea, menos las pérdidas por

humedad en dichos gases.Esto implica que la eficiencia de lacaldera siempre va a ser menorque la eficiencia de combustión.

EFICIENCIA DECOMBUSTIÓN

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a. Nivel de exceso de aire.b. Régimen de fuego.c. Temperatura de los gases de

chimenea.d. Temperatura de agua de alimentación. e. Temperatura del aire de combustión.f. Suciedad de las superficies de

transmisión de calor.g. Purgah. Presión de Vapor

i. Pérdidas de calor en las carcaza de lacaldera. j. Combustible.

PARÁMETROS QUE AFECTANLA EFICIENCIA DE UNACALDERA


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Combustible Diésel Combustóleo Gas natural Gas L.P.

Valor calorífico 9250 Kcal/l 9900 Kcal/l 8530 Kcal/m³ 6350 Kcal/l

Rangos CO 2 Rangos O 2

%%

124.45

133.1

125.1

133.7

103.3

10.52.4

112.7

11.53.0

Rangos exceso aire n 1.25 1.165 1.30 1.20 1.18 1.12 1.22 1.17

VALORES DEEXCESO DE AIRE


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El operar una caldera con losvalores de exceso de airerecomendados por el fabricantede la misma, traerá consigo

beneficios adicionales como lareducción en la temperatura delos gases de chimenea,reducción en el consumo depotencia del ventilador de tiroforzado o inducido que inyecta elaire secundario de combustión.

NIVEL DE EXCESO DEAIRE

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A modo de ilustración unacaldera trabajando a un 80% desu capacidad nominal tienepérdidas totales de eficienciadel 21.5%, si disminuye su

operación al 20% de sucapacidad, el porcentaje deeficiencia se reduce de 78.5% a75%.

La d iferencia es el núm ero d earranques po r ho ra

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Los gases de combustión debensalir al mínimo de temperatura,como indicación de que seextrajo el máximo de la energíaliberada durante la combustión.

Este parámetro está relacionadointrínsecamente con el exceso

de aire recomendado.

TEMPERATURA DE LOSGASES DE CHIMENEA

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A modo de ilustración una calderaque opera con exceso de aire del50% tiene una eficiencia del 80%.

Esa misma caldera operando a un150% de exceso de aire, tendríauna eficiencia del 74%. Delmismo modo, si operara al 10% deexceso de aire, su eficiencia seríade 83%.

A m ayor exceso d e aire, m ayortemperatura

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La eficiencia de la calderaaumenta con la elevación de latemperatura del agua dealimentación al necesitarsemenos energía para producir elvapor.

Como una regla de dedo, elaumentar 5° C la temperatura dealimentación de agua a la calderaimplicará un aumento del 1% enla eficiencia de la caldera.

TEMPERATURA DELAGUA DE ALIMENTACIÓN

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La suciedad de las superficies de lostubos, del lado del fuego se traduciráen un aumento de las temperaturas delos gases de combustión y la suciedaden la superficie de los tubos encontacto con el agua, retardará latransmisión de calor y aumentará latemperatura de los tubos, debido al

efecto aislante de las incrustaciones.

SUCIEDAD DE LAS SUPERFICIESDE TRANSFERENCIA DE CALOR

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Si en el lado del fuego, los tubos seencuentran sucios, por cada 22° C deincremento en la temperatura de salidade los gases de combustión, implicauna pérdida cercana de eficiencia deun 1%.

En el lado del agua, se llegara a daruna incrustación de 2.5 mm, se tendríauna pérdida de combustible de 15%adicional al necesario.

A mayor incrustación, mayorconsu m o de com bust ib le.

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Las pérdidas por radiación yconvección en el exterior de unacaldera pueden causar una granpérdida de eficiencia en una caldera, si

no se le da un buen mantenimiento alrefractario y aislamiento de la caldera.

En el caso de operar la caldera a unbajo factor de carga, las pérdidas eneficiencia debido a la radiación yconvección podrían alcanzar un 7%.

PÉRDIDAS DE CALOR EN LACARCAZA DE LA CALDERA


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PÉRDIDAS PORRADIACIÓN EN

CALDERAS


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Las pérdidas de calor por radiación y convección a

la atmósfera, son proporcionales al tamaño de las

calderas. Existen cuartos de calderas donde operanvarias calderas al mismo tiempo, en muchas ocasionesa fuego bajo. Es recomendable analizar la posibilidadde reducir al máximo el uso de las calderas para

disminuir las pérdidas de radiación y convección.


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En una planta de productos lácteos se utilizauna caldera de 350 BHP (3,434 kW) y una de150 BHP ( 1,472 kW) durante 8,400h/año. Según los niveles de producción, seha determinado que la caldera pequeña sepodría operar solamente el 50% del tiempo.

Calcular el ahorro anual que se obtendría silas dos calderas operan con búnker con valor

calórico de 41.81 GJ/m3, un costo de $0.185/ly una eficiencia de combustión del 83%.

EJEMPLO


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De la tabla “Pérdidas estimadas por radiación,convección y otras” , se encuentra el valor de pérdidascorrespondientes a la potencia indicada (1,472 kW).

Como las pérdidas se han calculado como porcentaje de laenergía de salida de la caldera, se determina la energía desalida de la caldera:

1,472 x 3.6 MJ/kWh = 5,299 MJ/h (5022 kBTU/h)

Las pérdidas de acuerdo a la tabla son equivalentes al 2%de la salida de la caldera.


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Pérdida anual:

5299 ML/h x 8400 h/año x 0.5 x 0.02 =

= 445.1 GJ/año (422 MBTU/año)

Ahorro en combustible:

445.1 GJ/año x 1/0.83 x 1 m 3/41.81 GJ = 12.83 m 3 (3388gal/año)

Equivalencia en costo:

12.83 m 3/año x $185/m 3 = $2374/año


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Los cambios de combustible pueden afectar el

costo de generar vapor, dado que exhibencaracterísticas químicas diferentes que provienenprincipalmente de la variación en el contenido dehidrógeno del combustible.

Por ejemplo, en gas natural tiene una proporciónde 4 átomos de hidrógeno por cada átomo decarbono. Esto implica una mayor producción dehumedad en los gases de combustión, si locomparamos con el búnker, aceite que contieneentre 1 y 2 átomos de hidrógeno por cada átomode carbono.Entre menor sea esta proporción, se obtendríateóricamente una mayor eficiencia en una caldera.

TIPO DE COMBUSTIBLE

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Se requerirán instrumentos paraefectuar las siguientesmediciones en las chimeneas:

a. Exceso de oxígeno. b . Monóxido de carbono.c . Óxidos de Nitrógeno.d . Particulado u opacidad. e. Temperatura de gases dechimenea.f . Óxidos de azufre

MEDICIONES DEEFICIENCIA DE

COMBUSTIÓN

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La muestra de gases debe tomarse enpuntos donde no exista turbulencia.

Las fugas de aire deben sellarse paraevitar errores en la determinación de la

eficiencia de la combustión.El punto de medición de la temperaturadebe estar lo más cerca posible a lasalida de la caldera.

MUESTREO DE GASES

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Se recomienda determinar la mediciónde la concentración de oxígeno comoindicador del exceso de aire. Comosegunda opción queda determinar laconcentración de dióxido de carbono.Actualmente existen instrumentoselectrónicos que determinaninstantáneamente la concentración del

oxígeno. También hay dispositivosquímicos portátiles basados en elprincipio de absorción química.

EXCESO DE OXÍGENO

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Éstos se producen comoreacciones de la combustión, paralo cual es muy importante conocerlas características de una buenallama de acuerdo a las

recomendaciones del fabricantede la caldera.

Si el combustible contieneNitrógeno, se genera una

cantidad adicional de óxidos denitrógeno.

ÓXIDOS DE NITRÓGENO

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En una caldera la producción dehumo indica combustiónincompleta o de condiciones de

llama inaceptables.Existe una escala de humo(ASTM D2156) y legislación en

cada país que indica lasmáximas concentraciones departiculado a nivel nacional.

PARTICULADO UOPACIDAD

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El aumento en la temperatura de losgases de combustión indican queexiste problemas en la superficie detransferencia de calor, ya sea del ladodel agua o del lado del fuego.

También por exceso de aire sepresenta un incremento entemperatura. Es un indicador de iniciar

un mantenimiento correctivo de lacaldera.

TEMPERATURA DE GASESDE CHIMENEA

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EJEMPLO DEEFECTO DE

AUMENTO DEEFICIENCIA » A una caldera pirotubular, que trabaja5,000 h/año y se le practica mantenimientocada año, se le hizo una determinación deeficiencia de combustión a los 6 meses de

operación. El resultado del análisis indicóuna disminución en la eficiencia desde quese realizó la última limpieza del 85% al75%. Si el consumo de combustiblemensual es de $8,000, ¿cuánto es lo que se

perderá de combustible como mínimodurante los siguientes 6 meses?


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» De la figura“Ah orro de costos por aumentode eficienc ia ”, se busca la columna de eficienciaoriginal (75%) y llegamos a la columna de lanueva eficiencia (85%) y encontramos el valorde ahorro.

» En este caso el ahorro estimado es de

$11.8/$100 de costo de combustible.» El ahorro mensual sería de:

» $8,000/mes x 11.8/100 = $944/mes

» Ahorro semestral = $944 x 6 = $5,664


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2 - Eficiencia en Calderas

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